L'observation des satellites artificiels

Les éléments orbitaux d'un satellite (IV)

Pour déterminer la trajectoire d'un objet il faut disposer d'un cadre de référence. Nous connaissons le plan équatorial de la Terre et le plan de l'écliptique mais tous deux subissent un mouvement de précession par rapport aux étoiles. Pour pouvoir les utiliser sans erreur afin de localiser un objet céleste, il faut tenir compte du jour de l'observation et se référer à une époque standard, 2000.0.

Le tracé de l'orbite d'un satellite se définit dans les trois dimensions et requiert donc plusieurs éléments. Ils ont été défini au XVII^eme siècle par Johannes Kepler à qui l'on doit les trois lois du mouvement orbital. Etant donné qu'il s'agit d'un problème complexe de perturbations gravitationnelles à "n corps", la plupart des logiciels et des algorithmes de calculs font la main-basse sur les anomalies secondaires et ne tiennent compte que de l'influence gravitationnelle de la Terre. 

Les paramètres utilisés pour établir ces prévisions sont : 

- la taille de l'orbite (a)

- l'excentricité orbitale (e)

- l'inclinaison orbitale (i)

- la longitude du noeud ascendant de l'orbite (W)

- l'argument du périgée(w)

- l'anomalie moyenne (n)

- l'époque.

Trois paramètres conditionnent la visibilité d'un satellite depuis une station donnée :

- L'altitude du satellite

- L'inclinaison de l'orbite sur l'équateur terrestre

- La latitude du lieu de l'observateur.

Les passages des satellites sont prédits avec une grande précision à partir de ces éléments dits Képleriens qui caractérisent leur orbite. Ce sont les fameux "TLE" ou "Two Line Elements".

Il s'agit de fichiers plats (.txt) constitués de deux lignes de paramètres commençant soit par un numéro d'ordre soit directement par l'identificateur WDCRS ou NORAD du satellite. 

Au cours du temps ces paramètres orbitaux fluctuent, y compris parfois l'inclinaison orbitale. Dans le cas d'ISS par exemple, seules l'époque et la vitesse angulaire moyenne varient. C'est la raison pour laquelle ces valeurs sont données pour une orbite bien précise, dans notre exemple pour l'orbite N° 7468 et doivent de temps en temps être mises à jour. Une documentation détaillée sur ces paramètres est disponible sur le site de Celestrak.

Ces paramètres sont également disponibles sur le site Spacelink de la NASA par exemple ou sur demande auprès du Goddard Space Flight Center de la NASA ou encore du GEODSS américain. Ils sont également disponibles dans la plupart des logiciels de simulation (voir plus bas). 

De son côté, la NASA (GSFC/OIG) publie également les "Satellite Situation Reports" qui reprennent les données de plus de 25000 satellites. Ces fichiers listent certains paramètres des TLE comme l'ID et l'inclinaison orbitale du satellite mais affichent en plus le pays d'origine et des valeurs dérivées telles que la période orbitale, les distance à l'apogée et au périgée ainsi que le taux de décroissance des satellites en chute.

Ces deux types de fichiers peuvent en général être ajoutés soit en bloc soit manuellement aux bases de données qu'utilisent les logiciels de simulation dont nous allons discuter.

Restrictions

Malheureusement pour la communauté des amateurs, depuis mars 2005, pour des raisons de sécurité nationale (Cf US Public Law 108-136 section 913), le Gouvernement américain a souhaité limiter l'accès des TLE aux seules personnes intéressées. Cela signifie que les astronomes amateurs par exemple n'ont plus accès à la base de données mais bien les radioamateurs qui en ont besoin dans le cadre de leur activité pour communiquer par satellite (Cf. AMSAT). Celestrak a suivi cette recommandation émanant des autorités militaires.

Cependant, pour une période temporaire mais qui semble définitive depuis quelques années, le site Space-Track vous permet toujours moyennant inscription d'obtenir les derniers TLE. Profitez de cette dernière opportunité car il est possible que cette "fenêtre" se referme définitivement.

Rappelons que la base des TLE contient près de 70 millions de records (10 millions de records s'ajoutent chaque année), ce qui signifie que même les débris inférieurs à 1 cm sont enregistrés... !

Les derniers TLE de la station ISS

Les derniers TLE de la navette spatiale américaine

TLE de tous les satellites au 22 mai 2005

TLE des satellites radioamateurs au 22 mai 2005

Prédictions des passages

Plusieurs sites Internet vous proposent de consulter en ligne les prédictions de passage des satellites Iridium et bien d'autres. Les meilleurs d'entre eux restent bien évidemment ceux de la NASA. D'autres sites vous permettent de recevoir par e-mail les prévisions pour les satellites de votre choix, sans oublier les forums de discussions.

Voici quelques sites Internet de référence: 

Satellite Tracking (NASA) -  Heavens-Above  -  Celestrak

Cliquer sur l'image pour accéder aux positions en temps-réel.

Les logiciels

La plupart des programmes vous présentent simplement la trajectoire du satellite au-dessus de la surface terrestre avec ses coordonnées d'azimut et d'élévation, tel WinOrbit présenté ci-dessous. Mais pour l'astronome amateur c'est parfois insuffisant et certainement pour le radioamateur.

Pour ceux qui préfèrent utiliser les coordonnées équatoriales dans l'éventualité où le ciel étoilé vous intéresse également, je vous conseille de vous tourner vers les logiciels d'astronomie tel "SkyMap" de Rob Matson pour n'en citer qu'un (à ne pas confondre avec "Skymap Pro" de Chris Marriott qui dispose également d'une telle option). Ce programme utilise entre autres l'algorithme SGP4 pour calculer les perturbations orbitales et établir les prévisions de visibilité des satellites pour afficher leur trajectoire devant la voûte céleste. La précision est de l'ordre de quelques minutes d'arc.

A télécharger auprès de la NASA : The Debris Assessment Software

Logiciels de localisation/poursuite des satellites SkyMap Pro logiciel d'astronomie WXTrack logiciel de poursuite satellite WinOrbit logiciel de poursuite satellite

Plus récents et plus complets que WinOrbit qui tourne sous Windows 3.1 ou 98, citons WXTrack et Orbitron qui ont acquis une belle réputation grâce à une interface en haute résolution et en supportant la plupart des rotors d'antenne. Parmi les produits commerciaux citons Element manager de Rick von Glahn, alias NØKKZ et NOVA for Windows de Northern Lights Software Associates (NLSA). Tous deux disposent d'un mode "radar" qui permet de connaître les coordonnées équatoriales du satellite que vous surveillez et de l'attendre à l'affût derrière une étoile.

Bien que "Nova" soit très utile pour localiser les satellites artificiels visibles au-dessus de son horizon, il s'agit avant tout d'un logiciel pour radioamateur capable de piloter des antennes sur différents satellites de communication. Aussi pour combler la partie mécanique céleste, sommaire dans ce produit, Michael R.Owen de la société NLSA travaille actuellement sur un nouveau logiciel baptisé "Orbital Mechanic" qui sera capable de répondre à la question que tout un chacun se pose "quel est donc ce satellite qui croise à hauteur de cette étoile ?" sans nécessairement devoir afficher les trajectoires de tous les satellites visibles à votre latitude à l'heure indiquée. C'est un produit que tous les observateurs attendent impatiemment. En attendant sa commercialisation, consultez les informations reprises sur le site VSOHP ainsi que ma revue (en anglais) de certains logiciels de simulation accompagnée de captures d'écrans.

Notons qu'à l'heure de l'informatique beaucoup de télescopes sont asservis électroniquement par ordinateur et disposent des TLE ou peuvent lire ces fichiers. Ils sont dès lors capables de localiser et suivre les satellites artificiels. Meade et Celestron parmi d'autres proposent ce type de console par défaut sur leur nouvelle gamme "GOTO", y compris sur les petits instruments. L'ETX 125 de Meade par exemple dispose des paramètres de 50 satellites artificiels tandis que le logiciel Satellite Tracker de Brent Boshart est capable de piloter la monture équatoriale d'un télescope Meade LX200 sur n'importe quel satellite. 

Des logiciels de planétarium tels SkyMap Pro ou Starry Night Pro peuvent également afficher la trajectoire des satellites devant les étoiles pour n'importe quel lieu et n'importe quelle époque et simultanément piloter un télescope à condition qu'ils disposent des deux lignes de TLE et d'un ordinateur.

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